Vad är en diffusionsbarriär?
En diffusionsbarriär är vanligtvis en tunn beläggning av material som används för att förhindra diffusion. Diffusion inträffar när molekyler rör sig från ett område med hög koncentration till ett område med låg koncentration så att ett lika antal inträffar i båda områdena. Diffusion sker oavsett om molekylerna är i gas, flytande eller fast tillstånd, och kan leda till kontaminering av en produkt av en annan.
En diffusionsbarriär är vanligtvis endast tunn mikrometer och används för att förbättra hållbarheten för metallinnehållande produkter genom att bromsa deras korruption från andra produkter i närheten. Dessa typer av barriärer används i en mängd kommersiella tillämpningar, så effektiva och billiga barriärer är mycket eftertraktade, särskilt av elektronikindustrin. Även om diffusionsbarriärer för syre och vätgas finns, är majoriteten av diffusionsbarriärer metaller.
En bra diffusionsbarriär har fysiska och kemiska egenskaper som varierar beroende på de metallkomponenter som används för att göra barriären. Ju tunnare diffusionsbarriär, och ju mer enhetlig beläggning, desto effektivare är barriären. Metallerna i barriären måste vara icke-reaktiva mot materialen runt den, så att de inte diffunderar in i och skadar metaller som barriären är tänkt att skydda. Dessutom måste diffusionsbarriären kunna starkt hålla fast vid vad den skyddar för att tillhandahålla en säker barriär som helt kommer att förhindra diffusion av eventuella molekyler.
De olika materialen som används för att skapa diffusionsbarriärer erbjuder olika fördelar, och man måste se till att optimera barriärens tjocklek, reaktivitet och vidhäftning. Metaller skiljer sig i deras reaktivitet och vidhäftning, med vissa metaller som ger en hög grad av icke-reaktivitet men låg vidhäftning, eller vice versa. Vissa barriärer kan ha flera lager för att tillgodose behovet av både icke-reaktiva och vidhäftande metaller. Alternativt kan en kombination av metaller, kallad legeringar, användas för att bilda barriären. Ett antal metaller har använts för att skapa diffusionsbarriärer, inklusive aluminium, krom, nickel, volfram och mangan.
Diffusionsbarriärer har ofta använts vid tillverkning av elektronik i årtionden. De används för att bevara integriteten hos interna kopparkablar från kiseldioxidisolering som omger den. Detta tjänar till att förlänga livslängden för den elektroniska enheten genom att förhindra kretsfel som skulle uppstå om koppar och kiseldioxid kom i kontakt. Hittills har tekniken för att skapa och deponera diffusionsbarriärer möjliggjort ökad hastighet för konsumentelektronik; emellertid undersöks nya legeringar och tekniker för avsättning av barriär för användning i nya generationer av elektronik.